衰老（senescence）是一種侷限於增殖細胞的現象，這一概念受到了越來越多證據的挑戰，這些證據表明，包括神經元在內的終末分化細胞具有類似衰老的特徵。

衰老細胞在生命後期的持續存在與組織功能障礙和年齡相關疾病的風險增加有關。

近日，美國索爾克生物研究所

Fred H. Gage

和

Jerome Mertens

研究團隊合作在

Cell Stem Cell

上發表研究，發現

阿爾茨海默病（AD）大腦中表達衰老標誌物的神經元比例明顯較高，並且它們的分佈具有旁觀者效應（bystander effects）。

AD患者的前額葉皮質中

衰老神經元的比例增

加

CDKN2A基因編碼衰老啟用蛋白p16INK4a和p14ARF

，在衰老細胞中持續上調，被認為是衰老最特異的遺傳標記之一。研究人員首先發現，AD患者富含神經元的前額葉皮層（PCx）中CDKN2A mRNA的丰度顯著增加［Fig。1A，B］。

由於旁觀者效應，衰老細胞傾向於在其駐留的生態位中聚集，透過參照NeuN或DAPI位點計算p16的鄰近得分來檢查p16的聚集情況，發現p16定位顯示出清晰的聚類模式［Fig。1D，E］。

這表明，

表達p16INK4a的神經元在AD患者的大腦中更為常見，衰老神經元是分泌旁觀者因子的潛在來源，可能是老年人腦衰老細胞簇的起點。

Figure 1 人類AD大腦中衰老神經元的比例增加

年齡等效AD iNs中

衰老轉錄組和表觀基因組模式

接下來檢測AD患者中老齡誘導的神經元（iNs）顯示出衰老相關特徵的程度，研究人員觀察到僅在AD iNs中衰老基因的強烈和顯著富集，但在再生的AD iPSC iNs、成纖維細胞或iPSC中沒有顯著富集［Fig。2B，C］。

總之，這些資料表明

AD iNs中的表觀遺傳場景受損，包括衰老基因染色質的鬆弛、衰老相關組蛋白的上調、衰老啟動子甲基化的失調和ETS1轉錄因子結合，導致AD神經元衰老基因的表達增加

［Fig。2］。

Figure 2 老年AD神經元轉錄組和表觀基因組的衰老變化

AD iNs反映了患者大腦死後

神經元的衰老

並提供了

細胞衰老的真正體外標誌物

透過蛋白質免疫印跡和免疫細胞化學分析確定iNs能如實地再現AD腦中表達NeuN的細胞中觀察到的衰老啟用，並且iNs可用於體外模擬自發神經元衰老［Fig。3A，B］。

此外，還測試了常見的衰老標誌物衰老相關β-半乳糖苷酶（BGal），發現AD iNs比對照iNs更可能是BGal陽性［Fig。3C］。以及在iPSC iNs中觀察到的低水平衰老基因表達表明，

衰老啟用更可能發生在老年神經元中。

Figure 3 iNs是細胞衰老的真正標誌物

單細胞轉錄組學揭示了

神經元衰老軌跡

為了捕獲從正常神經元到衰老神經元軌跡的轉錄特徵，並提取完全衰老神經元的關鍵特徵。透過單細胞測序對非FACS純化的AD和CTL iN培養物的進行轉錄組分析。

透過評分和反向圖嵌入方法都確定了AD iNs中衰老基因表達的增加，這表明

神經元的早期和晚期衰老可以透過最初的代謝和致癌挑戰來區分，這些挑戰最終導致深度衰老中的促炎反應和代謝重程式設計

［Fig。4］。

Figure 4 scRNA-seq表明衰老神經元的致癌挑戰和代謝功能障礙

致癌基因可引發神經元衰老

並透過衰老細胞療法消除

最後，透過檢測過表達癌基因是否會觸發iNs中癌基因誘導的衰老（OIS）。結果發現，與對照組相比，過表達Ras-iNs中p16陽性細胞數量顯著增加。重要的是，

這種衰老啟用並未伴隨神經元命運的喪失，Ras或GFP處理組之間NeuN陽性細胞的比例沒有差異。

使用衰老靶向藥物達沙替尼和槲皮素（D+Q）組合可以特異性地去除衰老神經元，並將AD神經元中的衰老神經元丰度恢復到健康對照組的水平［Fig。5］。

Figure 5 致癌基因可引發神經元衰老，並透過衰老細胞療法消除

結 論

本文中報告了AD患者大腦中衰老神經元的負擔增加，可以使用老齡化的人類神經元培養系統在體外模擬這些細胞，衰老神經元構成了AD患者晚年大腦炎症的神經性來源。

即使是一小部分老年衰老神經元的存在，其後果也可能對大腦功能產生深遠影響。一個神經元可以透過廣泛的突觸網路與鄰居建立數千個連線，為衰老相關分泌表型（SASP）介導的功能障礙提供了充分的傳播機會。

參考文獻：

Herdy， Joseph R et al。 “Increased post-mitotic senescence in aged human neurons is a pathological feature of Alzheimer‘s disease。” Cell stem cell vol。 29，12 （2022）： 1637-1652。e6。 doi：10。1016/j。stem。2022。11。010

編譯作者：Young（brainnews創作團隊）

校審：Simon（brainnews編輯部）